Hydraulická analýza vodovodní sítě

Vodovodní síť je tlakový trubní systém, při jehož hydraulické analýze se s výhodou využívá metod matematického modelování. Cílem hydraulické analýzy je získání potřebných informací o tlakových a průtokových poměrech.

Vodovodní síť je tlakový trubní systém, při jehož hydraulické analýze se s výhodou využívá metod matematického modelování.

Cílem hydraulické analýzy je získání potřebných informací o tlakových a průtokových poměrech v těchto sítích zejména pro potřeby provozování a řízení stávajících distribučních systémů, projektování nových trubních rozvodů a také pro potřebu jejich rekonstrukcí, případné rozšiřování a napojování nových odběratelů.

Měření přímo na síti sice umožňuje získat informace o průtokových a tlakových poměrech přímo v místě měření, ale k získání těchto údajů pro celou síť by bylo nutné osadit na síti velké množství měřicích zařízení. To je sice technicky proveditelné, ale ekonomicky velmi náročné.

Typy používaných modelů

Matematický model je matematický popis řešeného systému, úpravny vody, vodovodní sítě, její části nebo jednotlivých komponentů.

Používané modely dále rozlišujeme dle realizovaných úloh a cílových dat, která chceme z modelu získat. Naším cílem v případě vodovodních sítí může být:

• hydraulická analýza,
• kvalitativní analýza.

V tzv. hydraulickém modelu, který má pouze za úkol popsat směr objemového průtoku média je aplikována základní fyzika – hydraulika. Pro kvalitní modelování kvality vody a jejího stáří (kvalitativní modely) je však již nutno využít také znalosti o proudění a míšení kapalin spolu se znalostmi o průběhu chemických reakcí odehrávajících se ve vodě.

Modely distribučních soustav lze rozdělit na dvě skupiny. První skupina je určena ke vhodnému návrhu budoucích distribučních soustav a případně k rozšiřování stávajících. Jedná se o modely, které představují neexistující sítě a podle kterých jsou komponenty při výstavbě dimenzovány. Druhou skupinou modelů je reprezentace stávajících sítí. Účelů pro vytváření druhého typu modelů je mnoho. Jedním z velkých problémů distribučních sítí je ztráta vody během transportu v potrubí. Pomocí modelů v kombinaci s měřeními na reálném systému je možné detekovat, kde k těmto únikům dochází. Tento typ modelů je také vhodný pro testování různých druhů scénářů, které mohou nastat při opravách vodojemů či potrubí, odstávkách zdrojů nebo úpraven pitné vody a např. i živelných katastrofách.

Hydraulická analýza

Hydraulická analýza v tlakových trubních sítích je využívána ke stanovení základních hydraulických veličin (průtok, rychlost, tlaková ztráta atd.) a k posouzení navržených profilů v jednotlivých prvcích sítě, která je definována svojí topologií a fyzikálními parametry. Hydraulická analýza může být:

• statická – pro konkrétní okamžitý zatěžovací stav odběrů na sítí, který je pro daný časový úsek neměnný (ustálené proudění).
• kvazi-dynamická – řeší posloupnost statických analýz pro určitý počet časových intervalů. Ke změně zatěžovacích stavů odběrů a dalších fyzikálních parametrů (např. kóty hladin) dochází pouze na rozhraní jednotlivých časových intervalů. Posuzovaný časový úsek je zpravidla delší (den, týden) a časové intervaly mají obvykle stejnou délku (např. hodina).
• dynamická – řeší relativně krátké časové úseky s velmi krátkým intervalem (sekundy), v rámci nichž je uvažována změna průtokových a tlakových poměrů. Využívá se např. při hydraulické analýze vodního rázu (neustálené proudění).

V praxi je využívána převážně statická analýza průtoků okruhových trubních sítí. Pro statickou analýzu průtoků je kromě jednoznačné topologie sítě a fyzikálních parametrů posuzované sítě (délky úseků, profily, drsnost, charakteristiky dopravovaného média) nutno zadat i zatěžovací stav odběrů na síti.

Využití modelů

Matematické modely jsou s výhodou využívány v podobě simulačních modelů – jako softwarové nástroje, konkrétně při:

• projektování nových vodovodů;
• rozšiřování stávajících trubních rozvodů;
• napojování nových odběratelů;
• provozování a řízení stávajících vodovodních systémů;
• rekonstrukcích.

V případě stávajících systémů mohou být simulační modely využívány pro následující praktické úlohy:

• analýza ztrát vody;
• testování různých provozních scénářů;
• opravy vodojemů či potrubí;
• odstávky zdrojů;
• odstávky úpraven pitné vody;
• živelné katastrofy.

Při aplikaci scénářů je možné sledovat stav vody a tlaku v celé síti, stáří vody a chemismus. Získané údaje lze vyhodnotit a případně reálný systém upravit tak, aby lépe reagoval na připravované i nečekané změny. Pomocí modelu lze získat informace o neměřených či neměřitelných veličinách v systému.